NO317380B1

NO317380B1 - Milling equipment for forming a window in the wall of a rudder

Info

Publication number: NO317380B1
Application number: NO20006696A
Authority: NO
Inventors: Taco Sjoerd Hoekstra
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1998-07-02
Filing date: 2000-12-29
Publication date: 2004-10-18
Also published as: DE69933564T2; NO20006696D0; CA2336326A1; EP1092077B1; AU751528B2; NO20006696L; EP1092077A1; AU4781799A; DE69933564D1; AR019187A1; WO2000001921A1; GC0000060A; CA2336326C

Description

Oppfinnelsen angår et utstyr for fresing av et vindu i foringsrøret i et borehull dannet i en jordformasjon, i følge kravinnledningen. The invention relates to a device for milling a window in the casing in a borehole formed in an earth formation, according to the preamble.

I teknologien for fremstilling av hydrokarbonfluid fra et borehull har det vært praktisk å bore forgreningsborehull via tilsvarende åpninger dannet i foringsrøret i hovedborehullet, hvor slike åpninger generelt betegnes som vinduer. Vanligvis dannes et vindu ved fast posisjonering av en ledekile som har en skrå ledevei, inne i foringsrøret og føring av et freseverktøy langs føringsveien under fresing av vinduet. Kraften nede i brønnen som kreves til å drive frem freseverktøyet langs føringsveien tilføres fra overflaten via en rørstreng forbundet med freseverktøyet. Fluid pumpes gjennom rørs trengen for å drive freseverktøyet og å fjerne det fresede kutt fra borehullet. In the technology for producing hydrocarbon fluid from a borehole, it has been practical to drill branch boreholes via corresponding openings formed in the casing in the main borehole, where such openings are generally referred to as windows. Typically, a window is formed by firmly positioning a guide wedge having an inclined guideway inside the casing and guiding a milling tool along the guideway while milling the window. The power down in the well required to propel the milling tool forward along the guideway is supplied from the surface via a pipe string connected to the milling tool. Fluid is pumped through the tube bore to drive the milling tool and to remove the milled cut from the borehole.

Et problem med det konvensjonelle utstyr for fresing av et vindu i et foringsrør er at kraften nede i brønnen som kreves for å drive frem freseverktøyet langs førings-veien er utilstrekkelig styrbar. Dette er for eksempel på grunn av friksjonskrefter som motvirker kraften nedover som virker på rørstrengen, og på grunn av ukontrollerbar bøying av rørstrengen inne i foringsrøret. A problem with the conventional equipment for milling a window in a casing is that the force down in the well required to propel the milling tool forward along the guide path is insufficiently controllable. This is, for example, due to frictional forces counteracting the downward force acting on the pipe string, and due to uncontrollable bending of the pipe string inside the casing.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et forbedret freseutstyr som overvinner problemene med det konvensjonelle utstyr. It is an object of the invention to provide an improved milling equipment which overcomes the problems of the conventional equipment.

Ifølge oppfinnelsen oppnåes dette med innretningen ifølge foreliggende oppfinnelse slik den er definert med de i kravene anførte trekk. According to the invention, this is achieved with the device according to the present invention as defined by the features stated in the claims.

Skyvekraften som er nødvendig for fremdriving av freseverktøyet under fresingen er tilveiebrakt fra føringsinnretningen snarere enn fra overflaten. For eksempel kan føringsinnretningen være forsynt med en hydraulisk motor eller en elektrisk motor som mottar kraft fra overflaten via et passende reguleringsutstyr. Med utstyret ifølge oppfinnelsen oppnås det at problemene med det konvensjonelle utstyr elimineres da det ikke lenger kreves å tilveiebringe kraften nede via et langstrakt element (så som en rørstreng) som strekker seg fra overflaten gjennom foringsrøret. The thrust required to propel the milling tool during milling is provided from the guide device rather than from the surface. For example, the guide device can be provided with a hydraulic motor or an electric motor that receives power from the surface via a suitable regulating device. With the equipment according to the invention, it is achieved that the problems with the conventional equipment are eliminated as it is no longer required to provide the power down via an elongated element (such as a pipe string) which extends from the surface through the casing.

Det vil være klart at i sammenheng med den foreliggende oppfinnelse angir betegnelsen "foringsrør" ethvert langstrakt hult element som er anordnet i borehullet og hvor det skal freses et vindu, så som et sementert foringsrør eller en borehullsforing. It will be clear that in the context of the present invention the term "casing" denotes any elongated hollow element which is arranged in the borehole and where a window is to be milled, such as a cemented casing or a borehole liner.

Føringsinnretningen er passende forsynt med en føringsvei som avgrenser den valgte bane og med anordninger for å hindre bevegelse av freseverktøyet på tvers av føringsveien. På den måten oppnås det at uønsket "vandring" av fresen under fresing hindres og at det oppnås en nøyaktig form av vinduet. The guide device is suitably provided with a guide path which delimits the selected path and with devices to prevent movement of the milling tool across the guide path. In this way, it is achieved that unwanted "wandering" of the cutter during milling is prevented and that an accurate shape of the window is achieved.

I en foretrukket utførelsesform av utstyret strekker den valgte bane seg i det vesentlige parallelt med lengdeaksen av foringsrøret. På den måten løses et annet problem med konvensjonelt utstyr, nemlig at formen av vinduet avviker fra den planlagte sirkulære eller ovale form. For eksempel blir freseverktøyet i det konvensjonelle utstyr anordnet i en helningsvinkel i forhold til lengdeaksen av foringsrøret, hvor det øvre vindusparti freses av oversiden av fresen og det nedre vindusparti freses av den nedre side av fresen. Som resultat vil det øvre vindusparti være på skrå i en retning (avhengig av retningen av rotasjonen av fresen), og det nedre vindusparti i den andre retning. Ved å velge at banen av freseverktøyet skal være i det vesentlige i lengderetningen av forings-røret, oppnås det at bare en side av fresen er i kontakt med foringsrøret under hele frese-prosessen. In a preferred embodiment of the equipment, the selected path extends essentially parallel to the longitudinal axis of the casing. In that way, another problem with conventional equipment is solved, namely that the shape of the window deviates from the planned circular or oval shape. For example, the milling tool in the conventional equipment is arranged at an inclined angle in relation to the longitudinal axis of the casing, where the upper window section is milled by the upper side of the cutter and the lower window section is milled by the lower side of the cutter. As a result, the upper window section will be inclined in one direction (depending on the direction of rotation of the cutter), and the lower window section in the other direction. By choosing that the path of the milling tool should be essentially in the longitudinal direction of the casing, it is achieved that only one side of the cutter is in contact with the casing during the entire milling process.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et utførel-seseksempel og under henvisning til tegningen, der fig. 1 viser skjematisk en utførelses-form av utstyret ifølge oppfinnelsen. The invention will be described in more detail in the following in connection with an embodiment and with reference to the drawing, where fig. 1 schematically shows an embodiment of the equipment according to the invention.

Et borehull 1 er dannet i en jordformasjon 2 og tilveiebrakt med et stålforingsrør 3. Utførelsesformen av utstyret ifølge oppfinnelsen omfatter en innhentbar pakning 5 nede i brønnen anbrakt fast på et valgt sted i foringsrøret 3 og forsynt med et oppover-ragende forriglingselement 7 beregnet for å motta og å holde fast en støttesøyle 9 av en føringsinnretning 11 i en valgt retning. Føringsinnretningen 11 omfatter et rampeelement 14 som er fast forbundet med støttesøylen 9 og forsynt med et andre støtteelement 16 som er radialt utstrekkbart mot innerflaten av foringsrøret 3. Rampeelementet 14 strekker seg hellende i forhold til lengdeaksen av foringsrøret 3 og avgrenser hellende, motsatte, retninger 20, 22 av en bane langs med hvilken et freseverktøy 18 er bevegelig, hvor retningen 20 er hellende nedover og retningen 22 er hellende oppover. Rampeelementet 14 er innvendig forsynt med en skyveanordning i form av en kjede (ikke vist) bevegelig i retningene 20, 22 og en elektrisk motor (ikke vist) for å. drive kjeden. Freseverktøyet 18 har ben 24, 26 som er forbundet med kjeden 14 slik at bevegelse av kjeden i retningene 20, 22 resulterer i tilsvarende bevegelse av freseverktøyet 18. Freseverktøyet er innvendig forsynt med en hydraulisk motor (ikke vist) for å drive en fres 27 i freseverktøyet. Den hydrauliske motor mottar hydraulisk fluid via et viklet rør 30 som strekker seg gjennom foringsrøret 3 til en hydraulisk pumpe (ikke vist) på overflaten, hvor det viklede rør er forbundet med den hydrauliske motor ved hjelp av en fleksibel slange 31. Fresen 27 har flere utløpsdyser (ikke vist) for hydraulisk fluid fra motoren. Det viklede rør er forsynt med en kopling (ikke vist) for å kople det viklede rør til føringsinnretningen 11 for å senke og innhente føringsinnretningen 11 og freseverktøyet 18 gjennom borehullet. A borehole 1 is formed in a soil formation 2 and provided with a steel casing 3. The embodiment of the equipment according to the invention comprises a retrievable packing 5 down in the well fixed at a selected place in the casing 3 and provided with an upwardly projecting locking element 7 intended to receiving and holding a support column 9 by a guide device 11 in a selected direction. The guide device 11 comprises a ramp element 14 which is firmly connected to the support column 9 and provided with a second support element 16 which is radially extensible towards the inner surface of the casing pipe 3. The ramp element 14 extends inclined in relation to the longitudinal axis of the casing pipe 3 and delimits inclined, opposite, directions 20 , 22 of a path along which a milling tool 18 is movable, where the direction 20 is sloping downwards and the direction 22 is sloping upwards. The ramp element 14 is internally provided with a push device in the form of a chain (not shown) movable in the directions 20, 22 and an electric motor (not shown) to drive the chain. The milling tool 18 has legs 24, 26 which are connected to the chain 14 so that movement of the chain in the directions 20, 22 results in corresponding movement of the milling tool 18. The milling tool is internally provided with a hydraulic motor (not shown) to drive a milling cutter 27 in the milling tool. The hydraulic motor receives hydraulic fluid via a coiled tube 30 which extends through the casing 3 to a hydraulic pump (not shown) on the surface, where the coiled tube is connected to the hydraulic motor by means of a flexible hose 31. The cutter 27 has several outlet nozzles (not shown) for hydraulic fluid from the engine. The coiled pipe is provided with a coupling (not shown) to connect the coiled pipe to the guide device 11 to lower and retrieve the guide device 11 and the milling tool 18 through the borehole.

En elektrisk kraftforsyningskabel 32 strekker seg fra en styreenhet (ikke vist) på overflaten, gjennom de viklede rør (30) og slangen 31, til freseverktøyet 18 og derfra via et av bena 24, 26 til den elektriske motor i rampeelementet 14. Styreenheten er forsynt med styreanordninger for selektiv bevegelse av kjeden i retningen 20 eller 22. Videre omfatter styreenheten en styreanordning for selektiv utstrekning eller tilbaketrekning av det sekundære støtteelement 16 i forhold til den indre overflate i foringsrøret 3. An electric power supply cable 32 extends from a control unit (not shown) on the surface, through the coiled tubes (30) and hose 31, to the milling tool 18 and from there via one of the legs 24, 26 to the electric motor in the ramp element 14. The control unit is provided with control devices for selective movement of the chain in the direction 20 or 22. Furthermore, the control unit comprises a control device for selective extension or retraction of the secondary support element 16 in relation to the inner surface of the casing 3.

Under vanlig bruk er pakningen 5 med forriglingselementet 7 forbundet dertil fast anbrakt på valgt sted i foringsrøret 3 i en retning som svarer til den ønskede retning av vinduet som skal freses. Føringsinnretningen 11 er forbundet med det viklede rør 30 ved hjelp av koplingen, og den kombinerte føringsinnretning 11/freseverktøy 18 blir så senket av det viklede rør 30 gjennom foringsrøret 3 inntil støttesøylen 9 forrigles inn i forriglingselementet 7. Deretter blir styreenheten på overflaten betjent til å tilveiebringe et styresignal via kraftforsyningskabelen 32 til føringsinnretningen slik at støtteelementet 16 strekker seg radialt mot foringsrøret 3. During normal use, the gasket 5 with the locking element 7 connected thereto is firmly placed at the selected location in the casing 3 in a direction corresponding to the desired direction of the window to be milled. The guide device 11 is connected to the coiled pipe 30 by means of the coupling, and the combined guide device 11/milling tool 18 is then lowered by the coiled pipe 30 through the casing pipe 3 until the support column 9 is locked into the locking element 7. Then the control unit on the surface is operated to provide a control signal via the power supply cable 32 to the guide device so that the support element 16 extends radially towards the casing 3.

Hydraulisk fluid blir så pumpet gjennom det viklede rør 30 som dermed driver det hydrauliske motor for å dreie fresen 27. Samtidig blir styreenheten på overflaten betjent til å bevege kjeden og freseverktøyet 18 i retningen 20 for å frese vinduet. Sponene som kommer fra freseoperasjonen blir medbrakt og transportert bort av den hydrauliske fluid som kommer ut gjennom dysene i fresen 27. Etter at fresingen av vinduet er fullført, blir styreenheten betjent til å bevege freseverktøyet 18 i retningen 22 bort fra foringsrøret 3 og å trekke tilbake støtteelementet 16. Den kombinerte førings-innretning 11/freseverktøy 18 blir så innhentet til overflaten ved hjelp av det viklede rør 30. Pakningen 15 og forriglingselementet 7 blir deretter innhentet til overflaten på enhver passende måte. Hydraulic fluid is then pumped through the coiled tube 30 which thus drives the hydraulic motor to rotate the milling cutter 27. At the same time the control unit on the surface is operated to move the chain and milling tool 18 in the direction 20 to mill the window. The chips resulting from the milling operation are entrained and transported away by the hydraulic fluid exiting through the nozzles in the milling cutter 27. After the milling of the window is completed, the control unit is operated to move the milling tool 18 in the direction 22 away from the casing 3 and to withdraw the support member 16. The combined guide device 11/milling tool 18 is then brought to the surface by means of the coiled tube 30. The gasket 15 and the locking member 7 are then brought to the surface by any suitable means.

Istedenfor å anvende freseverktøyet og føringsinnretningen som separate en-heter, kan disse innretninger være integrert i et verktøy, og etter ønske også omfatte pakningen og forriglingselementet. Instead of using the milling tool and the guide device as separate units, these devices can be integrated in a tool, and if desired also include the gasket and the locking element.

I en alternativ utførelsesform av utstyret ifølge oppfinnelsen er skyveanordningen en av et snekkehjul som har en spindel som strekker seg i retningen langs hvilken freseverktøyet føres og en hydraulisk stempel/sylindersammenstilling som er utstrekkbart i nevnte retning. In an alternative embodiment of the equipment according to the invention, the pushing device is one of a worm wheel which has a spindle which extends in the direction along which the milling tool is guided and a hydraulic piston/cylinder assembly which is extendable in said direction.

Videre kan freseinnretningen være forsynt med måleanordninger for måling av parametre så som dreiemoment som leveres av utgangsakselen på freseverktøyet, skyvekraften levert av skyveanordningen, og posisjonen av freseverktøyet langs nevnte bane. Måleanordningen er passende i forbindelse med en datamottaksstasjon på overflaten via en dataoverføirngskabel som strekker seg gjennom en rør, for eksempel det viklede rør angitt ovenfor. Furthermore, the milling device can be provided with measuring devices for measuring parameters such as torque delivered by the output shaft of the milling tool, the pushing force delivered by the pushing device, and the position of the milling tool along said path. The measuring device is conveniently connected to a data receiving station on the surface via a data transmission cable extending through a pipe, for example the coiled pipe indicated above.

Claims

1. Equipment for milling a window in a casing in a borehole formed in an earth formation, where the equipment comprises a milling tool for milling the window, a guide device for guiding the milling tool along a selected path inside the casing during the milling of the window, where the guide device has devices for fixed arrangement of the guide device inside the casing, where the guide device is provided with an independent push device for pushing the milling tool along the selected path during the milling of the window, where the milling tool comprises a motor arranged to drive a milling tool on the milling tool, characterized in that the independent pusher is arranged to push the milling tool together with the motor along the selected path.

2. Equipment according to claim 1, characterized in that the independent pushing device has one of a chain movable in the direction of the path, a worm wheel having a spindle extending in the direction of the path, and a hydraulic piston/cylinder assembly extending in the direction of the track.

3. Equipment according to claim 1 or 2, characterized in that the guide device is provided with a guide path that delimits the selected path and with a device to prevent movement of the milling tool across the guide path.

4. Equipment according to one of claims 1-3, characterized in that the selected path extends substantially parallel to the longitudinal axis of the casing.

5. Equipment according to one of claims 1-4, characterized in that the milling tool has an output shaft which is driven by a hydraulic motor, where the hydraulic motor is connected to a hydraulic fluid displacement pipe which extends through the casing pipe to the surface and which has an outlet opening for hydraulic fluid arranged to allow the hydraulic fluid to carry chips resulting from the milling of the window.

6. Equipment according to claim 5, characterized in that the independent pushing device is driven by an electric motor connected to an electric power supply cable which extends through the pipe.

7. Equipment according to claim 5 or 6, characterized in that the pipe is a coiled pipe.

8. Equipment according to one of claims 1-7, characterized in that the milling device is provided with a measuring device for measuring at least one of the torque delivered by an output shaft of the milling tool, the pushing force delivered by the pushing device, and the position of the milling tool along the path.

9. Equipment according to claims 5 and 9, characterized in that the measuring device is in connection with a data receiving station on the surface via a data transmission cable that extends through the pipe.

10. Equipment according to one of claims 1-9, characterized in that it comprises a registration device for orientation of the milling tool in different directions in relation to the guide device so that the window can be milled in several passages of the milling tool, each passage corresponding to one of the said directions of the milling tool in relation to the guide device.

11. Equipment according to one of claims 1-10, characterized in that the selected path extends essentially in the longitudinal direction of the casing.